(57)【要約】  【課題】カプラを用いずにできるだけ簡単な構成で信号光増幅部に対する励起光及び信号光の合波・分波が行えるようにしたラマン光増幅器の信号光増幅部を提供することを目的とする。【解決手段】光ファイバ６を利用してなり、その光ファイバ６に励起光と信号光とを逆方向に通過させて合波することによって励起光で信号光を増幅するようにしたものであって、前記光ファイバー６の各端部を単一の光サーキュレータ７に接続するようにした。  【選択図】図１ 
2005300691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを利用してなり、その光ファイバに励起光と信号光とを逆方向に通過させて合波することによって励起光で信号光を増幅するようにしたものであって、光ファイバの各端部が単一の光サーキュレータに接続されていることを特徴とするラマン光増幅器の信号光増幅部。
【請求項２】
信号光増幅用の光ファイバを有する信号光増幅部と、ラマン散乱を利用した励起光発生部とを光サーキュレータによって接続し、前記励起光発生部で発生した励起光を前記光サーキュレータを介して前記信号光増幅部に導入して光ファイバに通過させ、再び前記光サーキュレータを介して前記励起光発生部に導出するように構成するとともに、
前記信号光増幅部と、信号光入力部及び信号光出力部とを前記光サーキュレータによって接続し、前記信号光入力部から入力される信号光を前記光サーキュレータを介して前記励起光と逆方向に前記光ファイバに通過させ、前記光サーキュレータを介して前記信号光出力部から増幅して出力するように構成したことを特徴とするラマン光増幅器。
【請求項３】
光サーキュレータが、励起光導出入用に使用される１ポートと、その両隣に設けられ光ファイバの各端をそれぞれ接続された２ポートと、信号光導出入用に使用される残りの１ポートとを備えた４ポート光サーキュレータであり、前記信号光導出入用のポートと、信号光入力部及び信号光出力部とを接続する３ポート光サーキュレータをさらに備えている請求項２記載のラマン光増幅器。
【請求項４】
光サーキュレータが、励起光導出入用に使用される１ポートと、その両隣に設けられ光ファイバの各端をそれぞれ接続された２ポートと、信号光導出入用に使用される残りの２ポートとを備えた５ポート光サーキュレータである請求項２記載のラマン光増幅器。
【請求項５】
光ファイバを利用してなり、その光ファイバに励起光と信号光とを逆方向に通過させて合波することによって励起光で信号光を増幅するようにしたものであって、光ファイバの各端部が別異の光サーキュレータに接続されていることを特徴とするラマン光増幅器の信号光増幅部。
【請求項６】
信号光増幅用の光ファイバを有する信号光増幅部と、ラマン散乱を利用した励起光発生部とを第１の光サーキュレータによって接続し、前記励起光発生部で発生した励起光を前記第１の光サーキュレータを介して前記信号光増幅部に導入して光ファイバに通過させ、再び前記第１の光サーキュレータを介して前記励起光発生部に導出するように構成するとともに、
前記信号光増幅部と、信号光入力部及び信号光出力部とを第２の光サーキュレータによって接続し、前記信号光入力部から入力される信号光を前記第２の光サーキュレータを介して前記励起光と逆方向に前記光ファイバに通過させ、前記第２の光サーキュレータを介して前記信号光出力部から増幅して出力するように構成したことを特徴とするラマン光増幅器。
【請求項７】
第１の光サーキュレータが３ポート光サーキュレータであり、第２の光サーキュレータが４ポート光サーキュレータである請求項６記載のラマン光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラマン光増幅器に関し、特に、誘導ラマン散乱を利用して光増幅を行うラマン光増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、誘導ラマン散乱を利用して光増幅を行う方法が知られている。この光増幅方法ではラマン散乱光発生用光ファイバ（以下、光ファイバと称する）に波長λの励起光が入射され、この励起光によって誘導ラマン散乱が生じ、光ファイバ内で波長λ＋ａに付近に利得帯ができる。このような状態の光ファイバに、たとえばλ＋ａの信号光を入射させることにより、その信号光を増幅させることができる。
【０００３】
例えば、特許文献１では、レーザから波長λ１の光が励起光としてλ１／λ５カプラに入力され、この励起光は、励起波長λ１及びラマン散乱波長λ２〜λ４を反射波長とするファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）と、ラマン散乱光発生用の光ファイバとで構成されたレーザ発振部に入力され、さらに光サーキュレータを介してλ４／λ５カプラ２台と信号光増幅用光ファイバとで構成される信号増幅部に入力される。入力ポートから波長λ４とλ５の光を合分波する入力端λ４／λ５カプラを介して信号光増幅用光ファイバにλ５信号光を入力すると、出力端λ４／λ５カプラから出力ポートに増幅された信号光が出力される。
【特許文献１】特開２００３−４３５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、かかる構成は、ラマン光増幅器の信号増幅部において、信号光と励起光を共通の信号光増幅用の光ファイバに入力して信号光を増幅させた後、励起光と信号光を分離する必要がある。そして、従来の構成では信号光増幅用の光ファイバの入力部と出力部に別々の合分波用カプラを用いていた。このため、構造が複雑で部品点数が多く、またカプラ部からの励起光の漏れによりラマン散乱光発生効率が低下するという不具合があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、カプラを用いずに極力簡単な構成で信号光増幅部に対する励起光及び信号光の合波・分波が行えるようにしたラマン光増幅器の信号光増幅部並びにラマン光増幅器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００７】
すなわち、本発明に係るラマン光増幅器の信号光増幅部は、光ファイバを利用してなり、その光ファイバに励起光と信号光とを逆方向に通過させ合波することによって励起光で信号光を増幅するようにしたものであって、各端部が単一の光サーキュレータに接続されていることを特徴とする。
【０００８】
外部から導入した励起光をループ状に周回させて再び外部に導出するためには、励起光を方向性結合する光サーキュレータが必要不可欠であるが、本発明はこの光サーキュレータに信号光と励起光との合分波の役割をも兼ねさせたものである。このため、信号光合分波用に別途１又は複数のカプラを設けることを不要にして構造を簡素化し、部品点数の削減を図ることができる。また、光サーキュレータはカプラに比べて励起光の閉じ込め効果が高いため、ラマン散乱光発生効率の増大、ひいては信号光の増幅率の増大を期することが可能となる。
【０００９】
このような信号光増幅部を用いたラマン光増幅器としては、信号光増幅用の光ファイバを有する信号光増幅部と、ラマン散乱を利用した励起光発生部とを光サーキュレータによって接続し、前記励起光発生部で発生した励起光を前記光サーキュレータを介して前記信号光増幅部に導入して光ファイバに通過させ、再び前記光サーキュレータを介して前記励起光発生部に導出するように構成するとともに、前記信号光増幅部と、信号光入力部及び信号光出力部とを前記光サーキュレータによって接続し、前記信号光入力部から入力される信号光を前記光サーキュレータを介して前記励起光と逆方向に前記光ファイバに通過させ、前記光サーキュレータを介して前記信号光出力部から増幅して出力するように構成したものが挙げられる。
【００１０】
このようにすれば、信号光増幅部における励起光及び信号光の合分波を単一の光サーキュレータを介して行える構成を具体的かつ有効に実現することができる。
【００１１】
その際、光サーキュレータに４ポート光サーキュレータを採用できる場合には、１ポートを励起光導出入用に使用し、その両隣の２ポートをそれぞれ光ファイバの各端に接続し、残りの１ポートを信号光導出入用に使用すればよい。そして、信号光導出入用のポートと信号光入力部及び信号光出力部とを別に設けた３ポート光サーキュレータによって接続すれば、４ポート光サーキュレータへの信号光の導出入部分が１箇所であっても信号光を好適に増幅用光ファイバに導くことができる。
【００１２】
このような構成はサーキュレータが２つ必要になるもののカプラは必要なく、光サーキュレータとともに複数のカプラを用いる場合に比較すれば構造の簡素化と部品点数の削減に繋がり、また励起光が通過するのは１つの光サーキュレータだけであるため、光サーキュレータ及び漏れの多いカプラ２つに励起光を通過する場合に比べれば閉じ込め効果は遥かに高く、ラマン散乱光発生効率の低下に繋がることを回避することができる。
【００１３】
また、光サーキュレータに５ポート光サーキュレータを採用できる場合には、１ポートを励起光導出入用に使用し、その両隣の２ポートに光ファイバの各端をそれぞれ接続し、残りの２ポートを信号光導出入用に使用すればよい。このことにより励起光及び信号光の合分波を、全て単一のサーキュレータで賄うことが可能になる。
【００１４】
一方、本発明に係るラマン光増幅器の信号光増幅部は、光ファイバを利用してなり、その光ファイバに励起光と信号光とを逆方向に通過させて合波することによって励起光で信号光を増幅するようにしたものであって、各端部が別異の光サーキュレータに接続されているものでもよい。
【００１５】
このような構成においても、サーキュレータは２つ必要になるが、光サーキュレータとともに複数のカプラを用いる場合と比べれば構造の簡素化と部品点数の削減に繋がる。また励起光が漏れの多い複数のカプラを通過することはないため、この構成によっても閉じ込め効果を有効に維持して、ラマン散乱光発生効率の低下を回避することができる。
【００１６】
このような信号光増幅部を用いたラマン光増幅器としては、信号光増幅用の光ファイバを有する信号光増幅部と、ラマン散乱を利用した励起光発生部とを第１の光サーキュレータによって接続し、前記励起光発生部で発生した励起光を前記第１の光サーキュレータを介して前記信号光増幅部に導入して光ファイバに通過させ、再び前記第１の光サーキュレータを介して前記励起光発生部に導出するように構成するとともに、前記信号光増幅部と、信号光入力部及び信号光出力部とを第２の光サーキュレータによって接続し、前記信号光入力部から入力される信号光を前記第２の光サーキュレータを介して前記励起光と逆方向に前記光ファイバに通過させ、前記第２の光サーキュレータを介して前記信号光出力部から増幅して出力するように構成したものが挙げられる。
【００１７】
このようにすれば、励起光と信号光との合波及び励起光と信号光との分波をそれぞれ別異の光サーキュレータを介して行い、カプラを使用しないという構成を具体的かつ有効に実現することができる。
【００１８】
この場合、第１の光サーキュレータが３ポート光サーキュレータであり、第２の光サーキュレータが４ポート光サーキュレータである構成が最も簡素である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、カプラを用いることなく、光サーキュレータを主体としてラマン光増幅部における励起光及び信号光の合分波を行うことができるので、構造簡素にして部品点数が少なく、低コストにてラマン増幅器とりわけその信号増幅部を構成することができる。また、カプラを用いる場合に比べて光サーキュレータは光の漏れが少ないという利点によって、ラマン散乱光発生効率の増大、ひいては信号光の増幅率の増大を有効に見込むことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２１】
まず、この発明の原理について説明する。光ファイバに波長λの光を入射した際には、この入射光を励起光として波長λ＋ａ１の波長域に散乱光（ラマン散乱光という）が発生する。このような状態のファイバに、波長λ＋ａ１周辺の信号光が入射すれば、信号光は増幅を受ける。また、この波長に信号光がない場合、波長λの光が強ければ波長λ＋ａ１の散乱光は大きくなり、この光を励起光としてλ＋ａ１＋ａ２の散乱光が発生するという連鎖が起きる。 
このときには、該ファイバは波長λ＋ａ１＋ａ２周辺で利得域を持つことになり、もとの励起光とかなり離れた波長の増幅が可能となる。以下に述べる実施形態は、このラマン増幅の原理を利用したものである。 
＜第１実施形態＞
【００２２】
図１に示すラマン光増幅器は、励起光発生部たるレーザ発振部５と信号光増幅部８とから構成される。
【００２３】
レーザ発振部５は、レーザから波長λ１の光を励起光としてλ１／λ５カプラを介して導入する。この励起光は、ラマン散乱光発生用の光ファイバ４の入力側に配置したラマン散乱波長λ２〜λ４を反射波長とするファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）３、及び、ラマン散乱光発生用の光ファイバ４の出力側に配置したラマン散乱波長λ１〜λ３を反射波長とするファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）３の間で往復させる間に波長λ１→λ２→λ３→λ４なる散乱光の連鎖的発生を引き起こし、このうちλ４なる励起光を励起光導出入端に導出する。
【００２４】
一方、信号光増幅部８は、励起光と信号光の合分波を単一の４ポート光サーキュレータ６を介して行うように構成し、合波した励起光と信号光とを信号光増幅用の光ファイバ７に逆方向に通過させることによって、励起光で信号光を増幅する。
【００２５】
励起光の導出入のために、４ポート光サーキュレータ６のうちの１ポート６１を励起光導出入ポートとし、前記レーザ発振部５の励起光導出入端に接続し、そのポート６１の両隣にある対をなす対向ポート６２、６３を光ファイバ７の両端に接続する。そして、レーザ発振部５で発生した励起光を光サーキュレータ６のポート６１，６２を介して信号光増幅部８の光ファイバ７に通過させ、再び光サーキュレータ６のポート６３，６１を介してレーザ光発振部５側に導出する。
【００２６】
また、信号光の光ファイバ７への導出入のために、４ポート光サーキュレータ６の残りのポート、すなわち前記レーザ光発振部５が接続されるポート６１の対向ポート６４を信号光導出入ポートとし、この信号光導出入ポート６４に信号光導出入路９０を接続する。そして、信号光入力部９１から信号光導出入路９０を経て導入される信号光を４ポート光サーキュレータ６を介して励起光と逆方向に光ファイバ７に通過させ、４ポート光サーキュレータ６を介して信号光を信号光導出入路９０を経て信号光出力部９２から増幅して出力する。
【００２７】
その際、信号光導出入路９０と信号光入力部９１及び信号光出力部９２との間に３ポート光サーキュレータ９を介設し、信号光入力部９１から入力された信号光を３ポート光サーキュレータ９のポート９３、９４を経て信号光導出入路９０に導入し、信号光導出入路９０から出てきた信号光を３ポート光サーキュレータ９のポート９４、９５を経て信号光出力部９５側に導出する。
【００２８】
このような構成において、レーザ光発振部５から発振された励起光は４ポート光サーキュレータ６を介して光ファイバ７にて信号光を増幅し、再び４ポート光サーキュレータ６を介してレーザ光発振部５に戻る。信号光は信号光入力部９１から３ポート光サーキュレータ９および４ポート光サーキュレータ６を介して信号光増幅部８の光ファイバ７を前記励起光と逆方向に通り、このとき励起光により増幅されて４ポート光サーキュレータ６および３ポート光サーキュレータ９を介して信号光出力部９２に出力される。λ４の励起光は光ファイバ７においてλ５の散乱光を生起するので、信号光入力部９１からλ５の信号光を入力すると、信号光出力部９２からλ５の信号光を増幅して出力することができる。
【００２９】
以上のように本実施形態は、ラマン光増幅器の信号光増幅部８を、励起光と信号光の合分波を単一の光サーキュレータ６を介して行うように構成し、合波した励起光と信号光とを信号光増幅用の光ファイバ７に逆方向に通過させることによって、励起光で信号光を増幅するようにしたものである。
【００３０】
このように、光サーキュレータ６に励起光及び信号光の光ファイバ７への導出入の役割のみならず合分波の役割をも兼ねさせることができるため、従来のような複数のカプラを別途設けることを不要することができる。したがって、ラマン増幅器とりわけ信号光増幅部８の構造の簡素化、部品点数の削減を図り、コストダウンを追求することができる。また、光サーキュレータ６の励起光に対する高い閉じ込め効果により、従来に比べてラマン散乱光発生効率の増大が図れ、信号光に対して高い増幅率を実現することが可能となる。
【００３１】
特に、このような信号光増幅部８を用いたラマン光増幅器の具体的構成として、光サーキュレータ６の対向２ポート６２、６３に光ファイバ７の両端を接続し、これと直交する対向２ポート６１、６４の各々にレーザ光発振部５及び信号光導出入路９０を接続するだけで本実施形態を構築できるため、信号光増幅部８における励起光及び信号光の合分波を単一の光サーキュレータ６を介して極めて簡易かつ有効に実現することができる。
【００３２】
また、上記４ポート光サーキュレータ６には一般的なサーキュレータを利用できて既存部品から容易に構成することができ、また４ポート光サーキュレータ６への信号光導出ポート６４が１箇所しかとれないという不具合にも、一般的な３ポート光サーキュレータ９を簡易に適用して信号光入力波と信号光出力波の合分派を有効に実現することができる。
【００３３】
＜第２実施形態＞
【００３４】
光サーキュレータに５ポート光サーキュレータを採用できる場合には、信号光増幅器を図２のように構成することも有効である。この実施形態において上記第１実施形態と共通する部分には同一符号を付し、説明を省略している。
【００３５】
この５ポート光サーキュレータ１０は、１つのポート１０１を励起光導出入ポート１０１とし、このポート１０１をレーザ光発振部５の励起光導出入端に接続している。また、そのポート１０１の両側に存する対をなすポート１０２、１０３を光ファイバ７の両端に接続するとともに、残りの２つのポート１０４、１０５を信号光導入ポート及び信号光出力ポートとして、これらのポート１０４、１０５をそれぞれ信号光入力部９１及び信号光出力部９２に接続したものである。
【００３６】
かかる構成において、ポート１０１、１０２、１０３の励起光に対する役割は、前記第１実施形態のポート６１、６２、６３と同様である。これに対して、信号光入力部９１から導入される信号光は、５ポート光サーキュレータ１０のポート１０４，１０３を介して励起光と逆方向に光ファイバ７を通り、光サーキュレータ１０のポート１０２、１０５を介して記信号光出力部９２から増幅して出力されることになる。
【００３７】
すなわち、このような構成によると、励起光及び信号光の合分波のみならず、励起光及び信号光の光ファイバ７への導出入までを、全て単一のサーキュレータ１０にて行うことができるので、上記第１実施形態の信号光導出入路９０や３ポートサーキュレータ９に相当する要素部品は不要であり、更なる構造の簡素化及び部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００３８】
＜第３実施形態＞
【００３９】
図３に示すラマン光増幅器は、信号光増幅用光ファイバ７の各端を別異の光サーキュレータ１１、１２にそれぞれ接続したものである。第１の光サーキュレータ１１は３ポート光サーキュレータであり、励起光導出入ポート１１１をレーザ光発振部５の励起光導出入端に接続し、そのポート１１１の両側にあるポートのひとつ１１２を光ファイバ７の一端に接続している。また、第２の光サーキュレータ１２は４ポート光サーキュレータであり、隣り合う位置にある一対の信号光導出入ポート１２３，１２４を信号光入力部９１及び信号光出力部９２にそれぞれ接続するとともに、前記ポート１２３の隣のポート１２１を光ファイバ７の他端に接続している。第１の光サーキュレータ１１の残りのポート１１３と、第２光サーキュレータ１２の残りのポート１２２とは、別に設けた光ファイバで接続している。
【００４０】
このような構成において、レーザ光発振部５で発生した励起光に対しては、これを第１の光サーキュレータ１１のポート１１１，１１２を介して光ファイバ７に通過させ、第２の光サーキュレータ１２のポート１２１，１２２を経由させた後、再び第１の光サーキュレータ１１のポート１１３，１１１を介してレーザ光発振部５に導出する。また、信号光入力部９１から導入される信号光に対しては、これを第２の光サーキュレータ１２のポート１２３，１２１を介して励起光と逆方向に光ファイバ７に通過させ、第１の光サーキュレータ１１のポート１１２，１１３を経由させた後、第２の光サーキュレータ１２のポート１２２、１２４を介して信号光を信号光出力部９２から増幅して出力させる。
【００４１】
このような構成でも、合波した励起光と信号光をラマン散乱光発生用の光ファイバ７に逆方向に有効に通過させて、励起光で信号光を増幅することができる。そして。このように２つのサーキュレータ１１，１２が必要になるものの、何れも一般的なサーキュレータを使用するものであり、また従来のように光サーキュレータとともに複数のカプラを用いる場合に比較すれば構造の簡素化と部品点数の削減に繋がる。特に特許文献１の２つのカプラをこの実施形態の４ポート光サーキュレータ１２に置き替えるだけで本実施形態を構成できるため、既存ラマン増幅器の改良にも簡単に対応することができる。加えて、励起光を漏れの多い複数のカプラに通過させることがないため、この構成によっても閉じ込め効果を良好に維持して、ラマン散乱光発生効率の低下を有効に回避することができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態を示す構成図。
【図２】本発明の第２実施形態を示す構成図。
【図３】本発明の第３実施形態を示す構成図。
【符号の説明】
【００４４】
５…励起光発生部（レーザ光発振部）
６…４ポート光サーキュレータ
７…信号増幅用の光ファイバ
８…信号光増幅部
９…３ポート光サーキュレータ
１０…５ポート光サーキュレータ
１１…第１の光サーキュレータ（３ポート光サーキュレータ）
１２…第２の光サーキュレータ（４ポート光サーキュレータ）
９１…信号光入力部
９２…信号光出力部
【図１】
2005300691.tif 000003
【図２】
2005300691.tif 000004
【図３】
2005300691.tif 000005